陽原盆地控水構造與找水方法研究

齊俊啟

摘 要：陽原盆地地處華北平原與內(nèi)蒙古高原過渡帶，地質(zhì)條件復雜，地下水分布不均，找水難度極大。隨著當?shù)毓I(yè)及農(nóng)業(yè)的進一步發(fā)展，地下水資源匱乏的問題日益凸顯。本文以構造控水理論為指導，結合構造演化、遙感解譯、鉆探驗證等工作技術手段，并在陽原盆地內(nèi)成功實施了一系列的地下水勘查示范案例，通過對區(qū)內(nèi)典型找水實例的分析，總結出一套各專業(yè)相互配合及各種技術方法的相互驗證的構造找水方法，可有效提高陽原盆地找水的工作效率與成井率，解決貧困區(qū)找水難問題。

關鍵詞：地下水資源；控水構造；找水方法

中圖分類號：P641 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）15-0159-02

0 引言

地下水是寶貴的資源資源，在我國，超過67%的城市將地下水作為主要水源[1]，尤其在華北地區(qū)，根據(jù)《2017年中國水資源公報》數(shù)據(jù)顯示華北六區(qū)地下水源供水量占總供水量的比例高達71%[2]。陽原地區(qū)居民對地下水資源的需求和地下水資源的不均衡分布已成為制約當?shù)厣鐣l(fā)展主要矛盾。構造控水理論是構造盆地內(nèi)有效探獲地下水資源的理論方法[3]，斷層是地下水溶集和地下水流動的重要通道，斷層破碎帶及其節(jié)理、裂隙、孔隙、溶隙等構成了蓄水空間和地下水運移通道。

1 自然地理

陽原盆地位于河北省西北部，地理坐標E114°00′-E114°30′，N40°00′-40°10′行政區(qū)劃隸屬于張家口市陽原縣，本區(qū)屬中溫帶亞干旱區(qū)大陸季風氣候，干旱多風。境內(nèi)南北環(huán)山，桑干河自西向東橫貫全區(qū)，形成“兩山夾一川”的EW向的狹長盆地[3]，詳見圖1研究區(qū)交通位置圖。

2 構造地質(zhì)背景

本區(qū)屬山間盆地，南北由恒山余脈雙條嶺與熊耳山山前組成的洪積平原，中部為桑干河發(fā)育的沖積河谷平原。研究區(qū)內(nèi)出露地層由老至新主要有：太古界遷西群、元古界長城系、寒武奧陶系、侏羅系、新近系、第四系。區(qū)內(nèi)第四系地層發(fā)育，前第四紀地質(zhì)體分布面積僅占14%，主要出露于盆地中心區(qū)域。

區(qū)內(nèi)斷裂構造發(fā)育，主要斷裂方向有NE-NEE、NNW、NW和近EW向4組，其中以NE-NEE和NNW向斷裂規(guī)模較大。根據(jù)斷層切割關系判斷，NE-NEE、EW向斷裂形成較早，其次是NNW向，NW向斷裂形成最晚。區(qū)內(nèi)斷層性質(zhì)均以正斷層為主，其中以南山山前斷裂規(guī)模最大，地質(zhì)作用及控水作用明顯。

3 構造演化史

研究區(qū)結晶基底為太古宙片麻巖。太古宙基底形成后，研究區(qū)進入元古宙和古生代蓋層發(fā)育期，沉積元古宙高于莊組、霧迷山組地層以及古生代饅頭、張夏組地層，缺失元古宙鐵嶺洪水莊組和古生代中寒武世以后的地層，研究區(qū)經(jīng)歷了“兩次沉降兩次抬升”四個演化期。中生代開始研究區(qū)進入強烈活化階段，盆地抬升缺失三疊紀、早侏羅世地層，中-晚侏羅世時受燕山運動的影響，斷裂活動加劇，發(fā)生大規(guī)模火山巖噴發(fā)，特別研究區(qū)內(nèi)南山山前大的斷層活動，為后期陽原盆地形成確定了構造格架。晚白堊世晚期地殼活動減弱，研究區(qū)一直處于抬升剝蝕狀態(tài)，地貌上曾出現(xiàn)準平原狀態(tài)。研究區(qū)西北部中新世時期大量玄武巖噴發(fā)，象征準平原面開始解體。隨著喜馬拉雅運動的影響，南北山體迅速抬升，南山北山之間形成陽原斷陷盆地，但南山上升強烈，山前沉降幅度大，形成了南深北淺的不對稱的斷陷湖盆，盆地內(nèi)聚水成湖開始堆積新近紀至第四紀的泥河灣組河湖相沉積。綜上所述，研究區(qū)位新生代斷陷盆地，其構造發(fā)展演化形態(tài)如圖2所示。

4 含水層特征及富水性

根據(jù)本次研究區(qū)內(nèi)施工水井資料顯示，研究區(qū)內(nèi)含水巖組可劃分為松散巖類孔隙水含水巖組和基巖裂隙類含水巖組。松散巖類孔隙水含水巖組在研究區(qū)內(nèi)分布范圍廣，類型較多，富水性及水質(zhì)差異較大；基巖裂隙類含水巖組主要為受斷裂構造控制的巖溶裂隙含水層，其分布受構造控制明顯，主要分布于山麓前緣地帶。

河湖相沉積含水巖組主要分布于陽原盆地北部近邊緣地區(qū)，集中于桑干河北岸的各支流溝谷與溝梁坡地以陽原縣城。含水層由河流和湖濱相沉積的含礫砂層、砂礫石層組成，常見第三系玄武巖順層侵入體，形成由上部底礫巖及下部玄武巖組成的混合含水層，根據(jù)研究區(qū)內(nèi)西關村水井抽水試驗數(shù)據(jù)資料，單井最大出水量可達到60m3/h。

基巖裂隙類含水巖組主要分布于陽原盆地內(nèi)山麓邊緣地帶，含水巖組由高于莊組、霧迷山組白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r等碳酸鹽巖組成，具有巖溶地下水特征，地下水經(jīng)巖溶裂隙孔洞匯聚，與其他含巖溶水層不同的是陽原盆地內(nèi)該含水層山麓前緣部分通過上部構造直接接受大氣降水補給，水量較大且水質(zhì)較好，根據(jù)本次施工的曲長城1井抽水試驗數(shù)據(jù)顯示，該含水層單井出水量可達100m3/h以上。

5 構造導水分析

陽原盆地內(nèi)大氣降水及地表徑流通過南北山體裸露的基巖巖體進入地下基巖含水層，由山麓高地向河谷區(qū)運移匯集，陽原盆地內(nèi)山前斷裂構造發(fā)育，為本區(qū)地下水的匯集運移提供了空間及通道?；顒訌娏业纳角皵嗔亚懈钌畈炕鶐r含水層，形成了連通補給水源與地下儲水基巖層段的有效路徑，在山麓前緣形成構造匯水區(qū)。

研究區(qū)內(nèi)松散巖類孔隙水含水巖組富水性較差，所以本次研究工作以尋找受斷裂構造控制的基巖含水層為主要目標。又因陽原盆地北山地區(qū)基巖出露范圍小，巖層富水性差，所以找水的重點方向以盆地南部山前斷裂帶控制的長城系、薊縣系基巖含水層，即為本次找水靶區(qū)。從衛(wèi)星影像圖上可以看出，薛家莊村-廟兒梁村-澗口村一線發(fā)育有規(guī)模較大的山前斷裂，詳見圖3。

陽原南山山前斷裂為陽原盆地內(nèi)主體導水斷裂構造，控水作用明顯。該斷裂位陽原南山北坡山麓邊緣，區(qū)內(nèi)延長約50km。斷層走向NE43°左右，傾向NW，傾角70°～80°，落差1000m，屬正斷層。該斷層位于基巖與第四紀沉積之間，是研究區(qū)內(nèi)最為有效的導水構造，斷層上盤第四紀沉積多形成臺地，以陡崖擦面為界與下部基巖接觸。斷裂切割的基巖包括高于莊組、霧迷山組和元古宙正長花崗巖，其中高于莊組、霧迷山組地層為研究區(qū)內(nèi)富水性較好巖組，加之該斷裂是為活動性斷裂，第四紀晚期仍處于強烈活動狀態(tài)，斷層破碎帶范圍較大，曲長城村水井成井報告顯示，受斷層破碎帶影響300m以淺揭露巖層破碎嚴重。

6 陽原典型構造控水研究與示范

曲長城村村域面積21.5平方公里，共1139戶、3003人，是全省最大的深度貧困村。上世紀90年代初，村民打深井時，穿透深部泥河灣砂巖鹵水層，高礦化度地下水向上越流污染上部含水層，導致全村機井水質(zhì)逐年惡化。通過對區(qū)內(nèi)控水構造的分析，結合研究區(qū)內(nèi)南山山前斷裂構造解譯成果，選定水源勘查孔位于曲長城村東南方向山麓前緣處。

施工水源井位于南山山前斷裂南側，成井深度300.70m，終孔層位為長城系白云巖，靜水位埋深135.50m，單井出水量達100m3/h。經(jīng)抽水采樣檢測，該井水質(zhì)優(yōu)良，總硬度（以CaCO3計）為261.8mg/L，礦化度446.0mg/L。符合《生活飲用水衛(wèi)生標準》，此次施工水源井，證實了在陽原盆地內(nèi)通過控水構造找尋優(yōu)質(zhì)地下水的可行性。

7 結語

本文以找尋陽原盆地內(nèi)優(yōu)質(zhì)地下水源為目的，利用構造演化推導、遙感影響分析、物探、鉆探等技術手段對研究區(qū)內(nèi)斷裂構造控制的富水區(qū)位進行了研究分析，并査明了研究區(qū)內(nèi)斷裂帶的產(chǎn)狀、斷層性質(zhì)、形態(tài)、展布特征等控水導水因素，對南山山前斷層兩盤巖性、富水性以及斷盤兩側巖層裂隙發(fā)育情況進行分析研究。通過研究區(qū)內(nèi)典型地下水勘查示范案例驗證了陽原盆地構造找水理論的可行性，可為今后華北地區(qū)新生界斷陷盆地內(nèi)構造找水方法的研究提供理論指導。

參考文獻

[1] 楊熙.河北省陽原泥河灣盆地東部地下水脆弱性研究[D].石家莊經(jīng)濟學院，2011.

[2] 汪恕誠.中華人民共和國水利部[R].2017年中國水資源公報告，2017.

[3] 楊學亮，楊熙，容慧峰，等.河北陽原泥河灣盆地東部地下水資源特征分析[J].地下水，2009（05）：23-25.